當導通孔直徑越來越小,厚徑比越來越高時,要保證孔中的金屬覆蓋良好變得更加困難。而保證孔中金屬的均勻一致性,保護孔中金屬在圖形電鍍及以后的掩膜及蝕刻過程中不被蝕刻掉,也變得極具挑戰性。
本文列出了導致通孔銅層空洞的許多原因:
1、金屬化以前步驟可能導致孔中空洞的因素:A. 鉆孔;B.去沾污/凹蝕;C.化學沉銅前的催化步驟。
2、與化學沉銅有關的孔中空洞:氣泡褒入,有外來的和內在產生的氣泡。外來氣泡有時可能是板子進入槽中,或振蕩搖擺時進入通孔中。而固有氣泡是由化學沉銅液中附反應產生氫氣引起,或電鍍液中陰極產生氫氣或陽極產生氧氣。氣泡引起的空洞有其特征:常常位于孔中央,而且在金相中對稱分布,即對面孔壁有同樣寬度范圍內無銅。在孔壁表面鍍上若有氣泡,表現為小坑,空洞周圍呈穗狀。由塵埃,棉質品或油狀膜引起的空洞,形狀極不規則。有些防礙電鍍或活化沉積的微粒還會被鍍層金屬包裹。
3、干膜有關的孔中空洞:孔口或孔邊空洞是由于抗蝕劑進入孔內,顯影時未去掉,它阻礙銅,錫,焊料電鍍,抗蝕劑在去膜時去掉,化學銅被蝕刻掉。一般顯影后很難發現孔內的抗蝕劑,空洞所在的位置和缺陷寬度是判斷孔口和孔邊空洞的主要依據??刮g劑為何流入孔中?被抗蝕劑覆蓋的孔中氣壓比大氣壓低20%,貼膜時孔中空氣熱,空氣冷到室溫時氣壓降低。氣壓導致抗蝕劑慢慢流入孔中,直至顯影。
4、與掩孔有關的空洞:掩孔工藝中,如果掩膜不好會造成蝕刻劑進入孔中,蝕刻去沉積的銅。掩膜的機構損傷是動態發生的,而上下掩膜一起出現空洞的情況較少。同樣,掩膜很薄弱,造成孔內負壓,最終導致掩孔缺陷,這層掩膜又可以降低負壓,對面的掩膜較易生存。一面的掩膜破壞,蝕刻劑進入孔中,靠破的掩膜一邊的銅首先被蝕刻掉。另一面,掩膜堵住了蝕刻劑的出口,蝕刻液交流太少,故空洞圖形也是較對稱的,表現為一端銅厚,另一端薄。根據掩膜損傷的程度,情況也不一樣,極端情況下,所有的通孔銅都被蝕刻掉。
5、直接電鍍:直接電鍍,避免了傳統的化學沉銅,但有三類預處理工藝步驟;如:鈀基體工藝,碳膜工藝,有機導電膜工藝。任何能影響催化物沉積的情形,或者是沉高分子導電膜時,單體沉積和聚合物組成物沉積能形成空洞。
6、在電鍍銅,電鍍鉛錫(成純錫)有關的空洞:除抗蝕劑殘渣和氣泡等阻礙電鍍外,其他造成電鍍空洞的幾個明顯問題有:穿透力及差以及異物堵塞。
7、由于銅被蝕刻而造成的空洞:若電鍍的金屬抗蝕劑有任何問題,都會將通孔中的銅暴露于蝕刻劑中,從而導致空洞。在這種情況下,空洞是由于銅被蝕刻掉而非未沉積上銅造成的。這可是有一點違背先后順序,在這里仍然要強調銅被蝕刻掉,從而造成空洞的原因。
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